大家好,我是西崑侖Bruce。
今天我們接著來聊中國的探月計劃。
嫦娥三號:
上一期聊到嫦娥一號順利完成拍攝任務,幫助中國繪製了全世界第一張包含南北兩極的全月圖;之後嫦娥二號又詳盡地對嫦娥三號預定著陸地點進行了探測。
可以說兩次任務都是完成的十分順利,為"繞、落、回"三步戰略的第二步開始,增添了極大的信心。
和嫦娥一二號一樣,三號依舊需要克服很多的難題,首先就是"軟著陸"的問題,相較於嫦娥一號的"硬著陸",軟著陸對技術要求十分苛刻。最終研究團隊設計的是,在接近月球表面的時候,採用反作用力,讓著陸器短時間將速度降為零,實現最後階段嫦娥三號自由落體著陸。
然後針對月球因為沒有大氣層,所帶來的的巨大溫差(晝夜溫差300多℃)對於電子元件的考驗,採用的辦法是讓探測車以白天工作,晚上休眠的方式進行。
一切準備妥當之後,2013年12月2日,長徵三號乙運載火箭,帶著嫦娥三號開始奔赴月球。12天之後,探測器主發動機點火開始降速,在10分鐘內,把高達6480公裡的時速,降到了0。在這個過程中,嫦娥三號攜帶的微波測距儀和雷射測距儀開始工作,不斷測算到月面的距離。
在下降到離月面100米的距離時,探測器像直升機一樣懸停在空中。為什麼要懸停呢?因為當年美國阿波羅探測器進行著陸的時候,直到最後才發現地面是不平的。要知道嫦娥三號探測車只能對付20釐米以內的溝渠和8度以內的坡度,因此這是為了避免造成探測器翻倒的情況發生。
這整個過程的決定權,全部在探測器自己手中。值得一提的是,它還攜帶了水平機動推動器,如果發現地面不平,可自主決定進行平移避障,選擇更好的著陸點,這是世界上首次使用的技術。
最後著陸點證明,比預定的地點向南移動了十幾米遠,規避了一個直徑超過15米的大坑。
落地十分鐘之後,玉兔號探測車站了起來,隨即進行了環繞拍攝並傳回地球,工作人員通過3D還原和反覆觀察之後,認為符合兩器分離條件,玉兔號終於穩穩地走下了著陸器。
這是我國第一款在外星球進行巡視的機器人,長1.5米、寬1米,高1.1米,重140公斤,同樣具有自主避障的能力,設計壽命為3個月。
隨即在和著陸器相互拍照留戀之後,正式開啟了它的尋月任務。
在介紹玉兔號探測車的主要任務之前,首先介紹一下著陸點的相關地理信息。
從伽利略最初開始對於月球觀測到的明顯地區命名開始,延續至今已經有超過2000多個地名了,環形坑主要是用一直以來著名的天文學家名字命名的,中國的祖衝之、張衡等等科學家也在其中。
本著誰發現、誰命名、誰提交的原則,本次中國就將嫦娥三號著陸點以及玉兔巡視地點,稱為"廣寒宮"。這一命名在2015年被國際天文學聯合會審批通過。
再回到玉兔號上面來,它的主要任務包括以下幾點:
1、 抓取月壤,並在車內進行分析。最後的成果是幫助中國完成了首幅地質剖面圖,並發現一種新的巖石——月球玄武巖。
2、天體觀測。因為地球上面自轉較快而且有大氣層包裹,所以幾乎不可能長時間觀測同一天體,可是月球自轉較慢,且沒有大氣層,視野十分完美。最後成果是利用光學望遠鏡,給月球北極上方區域的天體,進行了一次科學普查。
3、 獲取地球等離子體圖層。地球之所以是生命的宜居區域,就是因為有厚厚的大氣層和其他離子層保護。每當有太陽風暴襲來的時候,對於人造衛星、人體都會造成嚴重傷害,而等離子體層,就一直在保護著地球,範圍延伸超過四萬公裡。可是這在地球表面是不可能看到的,只能跳出地球之外,月球無疑是絕佳的觀測點。最後成果是利用極紫外相機,在2014年4月21日人類首次觀測到太陽磁層亞風暴對地球等離子層的"塑型"作用。
可以說,嫦娥三號任務完成的非常出色。在完成大體任務之後,科學家們想讓它去附近的大石塊看看,結果在靠近大石塊的時候,發現地面還有很多超過玉兔翻越能力的小石塊,無奈轉向旁邊稍微平坦一點的地方,可是隨後玉兔號走走停停,大約前進了15米左右,突然停了下來。
"啊......我壞掉了。"
2014年1月25日,這樣的一條微博,讓無數人為之揪心,1月31日就是當年的春節。微博上數以萬計的人,開始為玉兔祈禱,希望它自己在外,過好這個春節。
科學團隊估計,應該是地面上石塊勾到了玉兔底部裸露的電線,導致接口鬆動。雖然玉兔自那之後,完全不能動了,可是其他儀器全部都很正常,它仍舊在不停地傳送著各類數據,只是很可惜,這些數據,地面很難破解。
2016年7月31日,遠遠超過90天設計壽命的玉兔,和地球中斷了聯繫。
嫦娥四號:
嫦娥三號再一次成功了,作為備份的嫦娥四號還有必要發射嗎?這是當時擺在科學團隊面前的一個問題。
從月球形成之日以來,就一直只有一面朝著地球,對於人類來說,月球的另一面,到底有何乾坤呢?這一直是一個好奇點。
僅僅出於這個好奇,就足夠讓嫦娥四號前去查探一番。
那麼老問題又來了,要著陸到月球背面,其困難還是不少。
首先就是人類之前還沒有做到過。根據之前的探測,月球的背面和比較平坦的正面不同,主要是高地和山脈,遍布著隕石坑,這對於尋找著陸點本身就很困難。從嫦娥一號的全月圖來看,整個背面大面積的平坦月海只有兩個,最後選擇了南極--艾特肯盆地中的馮--卡門坑。這個盆地直徑超過2500公裡,面積約為490萬平方公裡,是太陽系內已知的最大的盆地,馮--卡門大家可能比較陌生,可是他有一個大家熟悉的親傳弟子:"中國飛彈之父"錢學森院士!馮--卡門被譽為是"航空航天時代的科學奇才",所以這次選擇以他名字命名的隕石坑作為著陸地點,似乎冥冥之中自有緣分。
其二就是因為在月球的背面,信號並不能直接傳回地球,所以和地球通信有問題。科學家們想到,既然是無線電波傳輸,那麼完全可以利用反射的方式,在地月間上找一個點用於中繼傳輸就好了。而這個點,就是引力平衡點,也就是說,在這個點上,地球和月球對於太空飛行器的引力和太空飛行器本身運行的離心力達到了平衡。
2018年5月21日,鵲橋率先出發了,在距離月球6.5萬公裡的地方,就是那個平衡點,當鵲橋開始正常工作的那一刻,標誌著中國智慧,又一次在世界舞臺上佔領了高地。
同年12月8日嫦娥四號也出徵了,經過110小時的飛行,順利抵達月球附近,隨後經過類似於嫦娥三號的避障操作,嫦娥四號正常著陸。
同樣接下來就是命名了,科學家們把著陸地附近的三個類似於直角三角形的坑命名為織女、河鼓和天津,中間嫦娥四號落地的三角形區域,命名為天河基地,馮--卡門坑的中央峰,命名為泰山。
玉兔二號走在了月面之上,它的主要任務,就是繪製一張月球表面全天溫度曲線圖,也就是,給月球量量體溫。這在當時,人類還沒有做到過。
如何測量呢?科學家們再次想到了一個妙招:首先是著陸器的四條腿,有了嫦娥三號的故障經驗,所以這次做了很嚴密的防護,四條腿除了用來支撐,還搭載了熱敏電阻,然後是釋放玉兔二號的那個梯子,學名叫轉移機構,最後也是接觸月球的,所以它們可以用於實時監測和傳輸。
最後經過測量,最低溫度低於-190度,這一下子刷新了人類對於月球的認知。
當然了,玉兔二號還有其他任務,比如進行低頻天文觀測,因為很多低頻段的電磁波在地球上很難被監測到。還比如攜帶了密封的培養罐進行月球動植物實驗,看看它們能否在月球上發芽生長或者羽化。最後實驗中棉花成功生根發芽了,這為以後人類建立月球基地,打了很好的前站。
嫦娥五號發射在即:
探索浩瀚宇宙,和平利用宇宙資源,是全人類共同的夢想。中國以驕人的成績,正在逐步追趕歐美等一些航天強國,同樣,也在通過努力為世界航天做出巨大的貢獻。
現在是2020年11月,接下來有一個激動人心的消息,那就是本月底,中國的"嫦娥五號"探測器,將要出發,邁出中國探月工程第一階段三部曲中的第三步:"回"。它將會降落月球表面,並採集月球樣本之後帶回地球。
截止到文章發布之時,長徵五號遙五運載火箭和嫦娥五號都已經在文昌發射基地進行了發射測試,並已垂直運轉至發射區。
後續還要進行功能檢查和聯合測試等工作並確認最終狀態之後,火箭將會加注推進劑,在月底擇機發射。
就讓我們一起,期待這振奮人心的一刻吧。(預祝嫦娥五號發射成功!)